Активированный кислотой адсорбент из апельсиновой кожуры для удаления фенола: изотермы, кинетика и термодинамика

Превращение кухонных отходов в чистую воду

Большинство из нас выбрасывают апельсиновые корки без лишних раздумий, но это исследование показывает, что эти обычные кухонные отходы могут помочь очистить воду от опасных химикатов. Учёные изучили, как отходы апельсиновой кожуры после простой кислотной обработки способны удалять фенол — токсичное вещество, часто встречающееся в промышленных сточных водах, — предлагая недорогой и экологичный способ защиты рек, озёр и здоровья людей.

Почему фенол в воде — проблема

Фенол и родственные соединения попадают в воду из таких отраслей, как нефтепереработка, текстильное производство и фармацевтика. Они плохо разлагаются в природе, могут накапливаться в реках и озёрах и вредны даже в малых концентрациях. Длительное воздействие связано с ожогами кожи, повреждением нервной системы и поражением органов, таких как печень и почки. Из‑за этих рисков организации вроде Всемирной организации здравоохранения устанавливают очень строгие пределы фенола в питьевой воде, что стимулирует учёных искать более эффективные и доступные методы его удаления.

От отходов апельсиновой кожуры к полезному фильтру

Апельсиновая кожура производится в огромных объёмах по всему миру как побочный продукт производства соков и пищевых продуктов, создавая проблему отходов и одновременно возможность. Кожура естественно содержит растительные волокна и химические группы, которые способны захватывать загрязнители. В этой работе команда сравнила две формы материала: сырую апельсиновую кожуру и кожуру, слабо пропитанную разведённой соляной кислотой. Это мягкое лечение удалило минералы, раскрыло крошечные поры и увеличило число активных участков на поверхности, к которым может прилипать фенол. Тщательные тесты с использованием микроскопии, измерений удельной поверхности и спектроскопии подтвердили, что обработанная кожура стала более пористой и химически богатой по сравнению с сырой кожурой.

Насколько хорошо обработанная кожура очищает воду

Затем исследователи проверили, как оба материала удаляют фенол из воды при разных условиях. Они варьировали время контакта, начальную концентрацию фенола, pH, температуру и количество добавленной кожуры. В обоих случаях большая часть удаления происходила в первый час, а равновесие достигалось примерно через 150 минут. Обработанная кожура стабильно показывала лучшие результаты, достигая около 85 процентов удаления в оптимальных условиях, по сравнению примерно с тремя четвертями для сырого материала. Она также удерживала больше фенола на грамм, особенно при более высоких концентрациях фенола, что указывает на то, что добавленные поры и поверхностные группы сделали материал более мощным.

Что происходит на микромасштабе

Применив стандартные модели адсорбции на твёрдых поверхностях, команда выяснила, что фенол ведёт себя по‑разному на двух типах кожуры. На сырой кожуре фенол склонен образовывать простое, равномерное покрытие, удерживаемое в основном более слабыми физическими силами. На обработанной кожуре картина указывает на более шероховатую, разнообразную поверхность с множеством типов связывающих участков, где фенол взаимодействует сильнее. Испытания при разных температурах показали, что удаление облегчается по мере нагрева воды и что процесс спонтанен, то есть склонен происходить без дополнительного ввода энергии. Изображения и химическая идентификация дополнительно показали, что молекулы фенола заполняют новые поры и образуют связи с естественными кислородсодержащими группами кожуры, такими как гидроксильные и карбоксильные группы.

Что это значит для чистой воды

Проще говоря, исследование показывает, что мягкое кислотное промывание может превратить повседневные отходы апельсиновой кожуры в куда более эффективную губку для удаления токсичного фенола из воды. Хотя реальные промышленные сточные воды сложнее тестовых растворов, использованных здесь, и остаются вопросы масштабирования и повторного использования материала, результаты предлагают практический путь превращения распространённого фруктового отхода в полезный инструмент для очистки сточных вод. Такой подход связывает контроль загрязнения с сокращением отходов и предлагает перспективу более чистой воды, созданной из того, что сейчас оказывается в мусоре.

Цитирование: Alqahtani, Z., Kola, O.E., Alsharif, A. et al. Acid activated orange peel waste adsorbent for the elimination of phenol with insights into isotherm, kinetics, and thermodynamics. Sci Rep 16, 15663 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46890-3

Ключевые слова: адсорбент из апельсиновой кожуры, удаление фенола, очистка сточных вод, биосорбция, переработка сельскохозяйственных отходов